Pt-Ru合金薄膜的电沉积制备及其电化学表面增强红外吸收光谱

在1mmol·L-1H2PtCl6+1mmol·L-1RuCl3+0.1mol·L-1H2SO4镀液中采用电沉积法在化学镀金膜的红外窗口Si反射面上制备Pt50Ru50合金电极.利用原子力显微镜(AFM)可以观察到制备的Pt50Ru50合金电极形貌呈现出100-200nm大小的颗粒.常规电化学分析方法得出该电极具有典型的合金特征,对CO和CH3OH具有很好的催化氧化作用.应用电化学现场衰减全反射表面增强红外光谱法(ATR-SEIRAS)可以观察到该电极上Pt位和Ru位上CO的振动谱峰,且表现出Pt-Ru二元金属良好的协同催化性能.     

利用原位红外光谱与微分电化学质谱联用技术研究在Pt以及PtRu电极上发生的甲醇氧化反应

利用电化学衰减全反射原位傅里叶变换红外光谱与微分电化学质谱联用技术,在流动电解池环境以及恒电位条件下研究了Pt电极和Pt电极通过表面电沉积Ru形成的PtRu电极（PtxRuy）上发生的甲醇氧化反应（反应电解质溶液为0.1 mol/L HClO4＋0.5 mol/L MeOH）. 在0.3-0.6 V（参比电极为可逆氢参比）实验用到的所有电极上,CO是唯一能从红外光谱观察到的与甲醇相关的表面吸附物;在Pt0.56Ru0.44电极上可以观察到CO吸附在Ru原子形成的岛上和CO线式吸附在Pt电极表面红外波段,而其他电极上只能观察到Pt表面上线式吸附的CO;甲醇氧化活性按Pt0.73Ru0.27〉Pt0.56Ru0.44〉Pt0.83Ru0.17〉Pt的顺序递减;在0.5V时,甲醇在Pt0.73Ru0.27电极上的氧化反应的CO2电流效率达到了50%.     

甲酸在Pt-Ru/GC电极上氧化的SERS研究

采用循环伏安(CV)法、计时电流法和电化学原位表面增强拉曼散射光谱(SERS)技术研究了甲酸在Pt-Ru/GC电极上的氧化行为, 发现甲酸在Pt-Ru/GC电极上与在粗糙Pt电极上一样, 也能自发解离出强吸附中间体CO和活性中间体—COO－. 从分子水平证实钌的加入有利于提高电极对甲酸的电催化氧化活性, 当镀液中Pt：Ru的摩尔比从10∶1变化到1∶1, CO的氧化峰电位从0.41 V负移至0.35 V, 约负移了60 mV. Pt-Ru/GC(1∶1)电极与粗糙Pt电极相比, CO在电极表面氧化完毕的电位亦负移了约200 mV. 该研究结果表明, 电化学原位表面增强拉曼散射光谱技术可望成为研究电催化反应机理的普适谱学工具.     

Pt纳米晶上CO电吸附及电氧化的表面增强红外吸收光谱研究

为理解Pt 纳米晶(NCs)表面上吸附与反应的结构效应, 本文利用电化学衰减全反射-表面增强红外吸收光谱(ATR-SEIRAS)初步研究了{100}优先取向的Pt 纳米晶表面CO电吸附和电氧化. 合成并清洗过的Pt 纳米晶在硫酸溶液中的循环伏安图出现了四对氧化还原峰, 其中位于0.26和0.36 V的峰分别对应于短程有序和长程有序Pt{100}上的氢吸脱附. 利用Bi、Ge 不可逆吸附法估算出Pt{100}和Pt{111}纳米晶筹分别占34% 和17%. 在原位红外光谱研究中, 首次分辨出线性吸附的CO (CO_L)物种在Pt 纳米晶的三个基础小晶面上的振动谱峰. 动电位光谱分析结果表明Pt{110}上吸附的CO_L优先电氧化, 其次{111}上的CO_L发生氧化, 而Pt{100}上CO_L氧化过电位最高.     

阵列纳米管中铂:钌原子比对甲醇电催化氧化活性的影响（英文）

采用电化学沉积技术在3-氨丙基三甲基硅氧烷修饰的多孔氧化铝膜板中制备了具有不同Pt/Ru原子比的双元Pt/Ru阵列纳米管电极（NTAEs）。分别用X-射线衍射和扫描电镜表征了催化剂结构和形态。电化学结果表明：通过控制前驱沉积液的浓度可得到不同PtRu原子比的NTAEs。所制备的Pt 或 Pt/Ru合金阵列纳米电极的真实表面积大,催化活性强,有利于物质传输,对甲醇电氧化显示出显著的催化性能。实验中还系统研究了催化剂组成与CO和CH3OH电催化氧化性能的关系,发现Pt/Ru=50:50的阵列纳米管电极对CO电氧化显示出最好的催化活性;对甲醇电氧化,则Ru原子比为40%的催化剂显示最佳催化性能。     

Pt和Sb、S吸附原子修饰的Pt电极上正丙醇氧化的CV和EQCM研究

运用电化学循环伏安法和石英晶体微天平研究了正丙醇在Pt电极和以Sb、S吸附原子修饰的Pt（Pt/Sbad和Pt/Sad）电极上的吸附和氧化过程.从电极表面质量变化角度指出正丙醇的氧化与电极表面氧物种有着极其密切的关系.Pt电极表面Sb吸附原子能在较低的电位下吸附氧，可显著提高正丙醇电催化氧化活性，与在Pt电极上相比较,正丙醇氧化的峰电位负移了0.29 V,峰电流增加了近2倍.相反,Pt电极表面S吸附原子的氧化会消耗表面氧物种，饱和吸附S原子的Pt电极上正丙醇的电氧化受到抑制.本文从表面质量变化提供了吸附原子电催化作用的新数据.     

Pt-CNTs 修饰玻碳电极(Pt-CNTs/GC)电氧化活性的研究

采用透射电镜(TEM)和选区电子衍射(SAED)技术, 分别表征了Pt-CNTs/GC电极的表面形貌和所负载铂纳米原子簇的结构. 以CO和CH3OH为探针分子, 用循环伏安和计时电流等常规电化学方法检测了CO和CH3OH在Pt-CNTs/GC电极上的氧化行为. 研究结果表明, CO在Pt-CNTs/GC电极上有3个氧化电流峰(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ), 其中峰Ⅰ为CO桥式吸附的氧化峰, 而峰Ⅱ和Ⅲ则分别为CO线形吸附在碳纳米管负载的不同粒径的Pt纳米原子簇以及Pt原子薄膜上所分裂的氧化峰; CH3OH在Pt-CNTs/GC电极上也能自发解离吸附强吸附中间体CO; Pt-CNTs/GC电极对CH3OH的氧化峰电流不总是随CNTs上载铂量的增加而增大, 表明在制备直接甲醇燃料电池阳极时, 应选择合适的载铂量.     

金属化聚邻甲苯胺膜修饰电极的性能研究

在聚邻甲苯胺 (POT)膜修饰电极上用电化学法沉积Pt微粒 ,由SEM与XRD表征其表面形态与晶面取向 ,同时研究异丙醇在金属化POT膜电极上的氧化行为 .结果表明 ,Pt在POT膜上的沉积呈现晶面择优取向的现象 ,况且POT质子掺杂后 ,由于电化学活性增强 ,影响了沉积铂微粒的尺寸和粒径分布 .异丙醇的电氧化可发生在POT的电化学活性区 ,当电位大于 0 .70V(SCE)时 ,POT不再呈氧化还原活性 ,异丙醇的电氧化主要在铂微粒上进行 .聚合物不仅作为铂微粒的载体而且自身参加反应 ,这种微异相催化体系需用新的模型描述     

磷钼酸修饰铂电极的电化学行为及对甲醇氧化的电催化作用

通过循环伏安扫描法制备了PMo₁₂修饰Pt/Pt电极,并研究了该修饰电极在硫酸溶液中的电化学行为。研究结果表明:虽然磷钼酸具有较大的分子尺寸,但在Pt/Pt电极上仍能发生吸附作用,并且由于PMo₁₂在电极上的吸附,降低了Pt/Pt电极上氢区和氧区的荷电量,另外在0.02V左右还观察到磷钼酸的氧化-还原峰。通过稳态极化曲线和循环伏安曲线研究了PMo₁₂修饰Pt/Pt电极对甲醇氧化的电催化作用。测试结果表明:PMo₁₂修饰铂基电极不但对甲醇的电氧化具有较高的活性,而且还有一定的抗CO中毒性。该修饰电极还具有较高的稳定性。     

原位红外光谱法研究对氯苯酚在Pt电极上的电氧化行为

采用原位红外光谱法研究了碱性条件下对氯苯酚(PCP)在Pt电极上电化学氧化的脱氯反应机理. 研究结果表明Pt电极对PCP有良好的电化学反应活性, 其氧化过程首先是对氯苯酚负离子氧化生成对氯苯氧自由基, 该自由基可与对氯苯酚负离子作用生成芳香醚低聚物; 随着电位升高, 对氯苯酚负离子经电化学氧化生成了苯二酚盐(还可能存在其氧化产物不饱和羧酸盐); 当电位继续升高, 苯二酚盐进一步氧化形成苯醌; 最后, 在Pt表面生成小分子羧酸盐, 同时生成了最终产物CO2. 但由于芳香醚低聚物等不溶性聚合物膜的形成并吸附在Pt电极表面, 可造成Pt电极毒化, 使得Pt电极在使用过程中逐渐失去活性.     

铂电极上自组装铁原卟啉单分子层的表面增强振动光谱初探(英文)

应用现场表面增强拉曼光谱和衰减全反射表面增强红外光谱初步研究了0.1mol·L-1HClO4溶液中Pt电极表面铁原卟啉(FePP)自组装单层的电化学和结构特性.以514nm波长为激发线,得到了增强因子约为40的粗糙Pt电极上FePP在不同电位下的表面增强拉曼光谱.分析0.5～-0.3V(SCE)区间内谱峰变化,得到近似的吸附等温式,由此可估算出Fe3+/Fe2+的式量电位大约为-0.2V.原位表面增强红外光谱的测试结果表明,FePP分子主要以斜立方式吸附在Pt膜电极表面,其中一个环外羧酸根与电极表面相接触,而另一羧酸基团以氢键与相邻的FePP分子相连.这样的吸附结构在-0.1～0.9V(SCE)的电位区间内并没有显著的变化.     

In situ FTIR spectroscopic studies of CO adsorption on electrodes with nanometer-scale thin films of ruthenium in sulfuric acid solutions

A nanometer-scale thin film of ruthenium supported on glassy carbon (nm-Ru/GC) was prepared by electrochemical deposition under cyclic voltammetric conditions. Scanning tunneling microscopy (STM) was used to investigate the structure and to measure the thickness of the thin film. It has been found that the Ru thin film is composed of layered Ru crystallites that appear in a hexagonal form with dimensions of about 250 nm and thickness around 30 nm. In situ FTIR spectroscopic studies demonstrated that such a nanostructured Ru thin film exhibits abnormal infrared effects (AIREs) for CO adsorption (G.Q. Lu et al., Langmuir 16 (2000) 778). In comparison with CO adsorbed on a massive Pt electrode, the IR absorption of CO_ad on nm-Ru/GC was significantly enhanced. Moreover, the direction of CO_ad bands is inverted and the full width at half maximum of CO_ad bands is increased. It has been revealed that the enhancement factor of IR absorption of CO adsorbed on nm-Ru/GC electrodes depends strongly on the thickness of the Ru film. An asymmetrical volcano relationship between the enhancement factor and the thickness of the Ru film has been obtained. The maximum value of the enhancement factor was measured as 25.5 on a nm-Ru/GC electrode of Ru film thickness around 86 nm. The present study has contributed to exploration of the particular properties of nanostructured Ru film material and to the origin of the abnormal infrared effects.     

铂和钌纳米薄膜电极的全湿法制备及表面增强红外效应

金属纳米薄膜的合理制备是衰减全反射表面增强红外光谱法(ATR-SEIRAS)成功应用的关键. 通过简便可控的全湿法镀膜, 即先在红外窗口硅面上化学镀金膜, 而后再电沉积铂或钌, 制得具有极强表面增强红外效应、吸收峰向正常且几乎“无针孔”的铂或钌纳米薄膜电极, 从而可使ATR-SEIRAS技术广泛应用于研究铂、钌电极表面的吸附与反应.     

Irrelevance of Carbon Monoxide Poisoning in the Methanol Oxidation Reaction on a PtRu Electrocatalyst

Based on detailed in situ attenuated total‐reflection–surface‐enhanced IR reflection absorption spectroscopy (ATR‐SEIRAS) studies of the methanol oxidation reaction (MOR) on Ru/Pt thin film and commercial Johnson–Matthey PtRu/C, a revised MOR enhancement mechanism is proposed in which CO on Pt sites is irrelevant but instead Pt‐Ru boundary sites catalyze the oxygen insertion reaction that leads to the formation of formate and enhances the direct reaction pathway.     

Surface structural and chemical characterization of Pt/Ru composite electrodes: a combined study by XPS, STM and IR spectroscopy

Electrochemical Ru deposits on Pt(111) surfaces are investigated by STM; the images of the Ru-modified surfaces show islands of monoatomic height and between 2–5 nm in diameter. The density of islands on the surface depends on the Ru deposition potential (observed by STM and XRSD) and the cyclic voltammograms indicate an increasing Ru coverage for lower deposition potentials. The Ru surface coverage is determined by ex-situ XPS measurements and a linear dependence of the Ru coverage on the deposition potential is demonstrated. IR spectra of a monolayer of adsorbed CO on the Ru-modified Pt(111) surfaces show distinct bands for CO adsorbed on Pt and on Ru. For the integrated band intensity of the CO/Ru vibration a linear dependence on deposition potential is found indicating that lateral dipole interactions between CO adsorbed on Pt and Ru are unimportant and that the CO coverage on the Ru islands is constant for the Ru coverages investigated. The possibility of using adsorbate vibrational bands for the determination of the coverage of deposits is discussed. Received: 24 June 1996 / Revised: 6 December 1996 / Accepted: 12 December 1996     

Methanol Electrooxidation on Smooth Platinum Modified with Ru：the Influence of Ru Coverage and Potentials on Oxidative Current and Products

Methanol oxidation on smooth Pt electrode modified with differ-ent coverage of Ru was studied using cyclic voltammetry and potential step combined with differential electrochemical mass spectroscopy. The current efficiency of formed CO2 was calcu-lated from faraday current and ion current of m/z = 44. The results show that Ru modified Pt electrode with the coverage of ca. 0.3 has the highest catalytic activity for methanol electroox-idation, i. e. faraday current and the current efficiency of CO2 at the low potentials reach to the maximum. In addition, Ru loses its co-catalytic properties at the high potentials.     

镉电极上的衰减全反射表面增强红外光谱

利用两步“湿法镀膜”方法将ATR-SEIRAS的研究进一步拓展到ⅡB族Cd电极上. 选择吡啶(Py)作为模型分子, 初步比较了Py在不同金属电极表面上的吸附构型.